1.2. Примеры решения задач.

Пример 1.

Запишите электронные формулы элементов под номерами 7 и 33. Сколько атомных орбиталей p-подуровня заполнено у данных элементов? К какому семейству они относятся? У какого из них наиболее выражены металлические свойства?

Решение.

Находим элемент под номером 7 в периодической таблице Менделеева: ₇N – азот (период – 2, группа – V).

₇N – 1s²2s² 2p³.

Поскольку, на внешнем энергетическом уровне заполняется p-подуровень, то азот относится к семейству p-элементов. Для ответа на вопрос о количестве заполненых p-орбиталей вспомним правило Хунда. На p-подуровне всего три орбитали. На внешнем энергетическом уровне атома азота три p-электрона, которые в соответствии с правилом Хунда заполнят все три орбитали, на каждой из которых будет присутствовать по одному электрону.

Находим элемент под номером 33 в периодической таблице Менделеева: ₃₃As – мышьяк (период – 4, группа – V).

₃₃As – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³.

При составлении данной формулы учтем правило Клечковского. В начале заполняются 4s-орбиталь, затем 3d-орбиталь, затем 4p-орбитали. В соответствии с правилом Хунда вначале заполнятся три p-орбитали, на каждой из которых окажется по одному электрону. Поскольку у мышьяка заполняется p-подуровень, то он относится к семейству p-элементов.

Металлические свойства у мышьяка выражены сильнее, чем у азота, так как электроны внешнего энергетического уровня мышьяка удалены от ядра дальше, чем у азота, соответственно легче могут быть отданы (мышьяк находится в 4-м периоде, а азот во втором.

Пример 2.

Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m_l, m_s, для внешних электронов атома кислорода?

Решение

Кислород находится во втором периоде, следовательно: главное квантовое число для внешних электронов, n = 2; орбитальное квантовое число принимает значения: 0, 1 (то есть имеется s и p-подуровень). Номер кислорода в периодической системе равен 8, следовательно атом кислорода содержит 8 электронов. Электронная формула кислорода следующая:

₈О – 1s²2s²2p⁴

Для внешних s-электронов магнитное число m_l = 0. Для p-электронов оно принимает значения: -1, 0, 1 (то есть имеются 3 p-орбитали). Спиновое квантовое число, m_s для s-электронов равно +1/2, -1/2; аналогично для электронов первых двух p-орбиталей (на них находится по два электрона). На оставшейся p-орбитали находится один электрон, следовательно m_s = +1/2.

Пример 3.

Каково распределение электронов по орбиталям атома кадмия?

Решение

Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5). Электронная формула внешнего энергетического уровня кадмия: 4d¹⁰5s², соответственно десять электронов заполняют четвертый d-подуровень, а два электрона пятый s-подуровень.

1.3. Задачи для самостоятельного решения

1. Сколько атомных орбиталей p- подуровня заполнено у элементов с порядковыми номерами 5 и 14? Запишите их электронные формулы.

2. Чем отличается последовательность в заполнении атомных орбиталей у атомов s, p и d – элементов? Запишите электронную формулу магния.

3. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m_l, m_s, характеризующие состояние электронов в атоме. Какие значения они принимают для внешних электронов атома кальция?

4. Сколько атомных орбиталей p- подуровня заполнено у элементов с порядковыми номерами 35 и 54? Запишите их электронные формулы.

5. Сколько атомных орбиталей d- подуровня заполнено у элемента с порядковым номером 23? Запишите его электронную формулу.

6. Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор – неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Запишите их электронные формулы.

7. Сколько атомных орбиталей d - подуровня заполнено у элементов с порядковыми номерами 43 и 76? Запишите их электронные формулы.

8. Сколько атомных орбиталей d- подуровня заполнено у элемента с порядковым номером 82? Запишите его электронную формулу.

9. У какого из р–элементов пятой группы периодической системы – фосфора или сурьмы – сильнее выражены неметаллические свойства? Ответ обоснуйте исходя из строения атомов данных элементов. Запишите их электронные формулы.

10. Сколько атомных орбиталей f- подуровня заполнено у элементов с порядковыми номерами 59 и 65? Запишите их электронные формулы.

11. Сколько атомных орбиталей f- подуровня заполнено у элемента с порядковым номером 69? Запишите его электронную формулу.

12. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена – сильнее выражены металлические свойства? Запишите их электронные формулы.

13. Сколько атомных орбиталей f- подуровня заполнено у элемента с порядковыми номером 71? Покажите распределение электронов по орбиталям. Укажите, к какому семейству относится данный элемент.

14. Составьте электронную формулу атома элемента из IVB группы и IV периода. Укажите семейство элементов.

15. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 26. Покажите распределение электронов по орбиталям. Укажите, к какому семейству относится данный элемент.

16. Составьте электронную формулу атома элемента из VB группы и VI периода. Укажите семейство элементов.

17. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 47. Покажите распределение электронов по орбиталям. Укажите, к какому семейству относится данный элемент.

18. Составьте электронную формулу атома элемента из VA группы и VI периода. Укажите семейство элементов.

19. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше 4d или 5s; 6s или 5p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента из IIIA группы и VI периода. Укажите семейство элементов.

20. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше 4s или 3d; 5s или 4р? Почему? Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 45. Покажите распределение электронов по орбиталям. Укажите, к какому семейству относится данный элемент.

21. Общая характеристика f–элементов. Лантаноиды. Запишите электронную формулу атома элемента под номером 59.

22. Составьте электронную формулу атома элемента из IIIA группы и IV периода. Укажите семейство элементов.

23. Как меняются металлические свойства в группе элементов периодической системы? Металлические свойства увеличиваются в ряду? 1) Bi, Sb, N; 2) I, Br, S; 3) Tl, Sn, C; 4) Ge, Ga, In.

24. Как меняются неметаллические свойства в группе элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 50.

25. Электронное строение металлов, изоляторов и полупроводников. Как меняются неметаллические свойства в периоде элементов периодической системы?

26*. Электронное строение атомов. s–, p–, d–, и f– элементы. Как меняются металлические свойства в периоде элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 32.

27*. Квантовые числа. Формы электронных облаков. Атомная электронная орбиталь. Как меняются радиусы элементов в группе элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 54.

28*. Как меняются радиусы элементов в периоде элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 30.

29*. Как меняется энергия ионизации в группе элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 25.

30*. Как меняется энергия ионизации в периоде элементов периодической системы? Запишите электронную формулу атома элемента под номером 20.